Los científicos del Laboratorio Nacional de Campo Magnético Alto con sede en la Universidad Estatal de Florida han descubierto un comportamiento en materiales llamados cupratos que sugiere que transportan corriente de una manera completamente diferente de los metales convencionales como el cobre.
La investigación, publicada hoy en la revista ciencia , agrega un nuevo significado al apodo de los materiales, "metales extraños"
Los cupratos son superconductores de alta temperatura HTS, lo que significa que pueden transportar corriente sin pérdida de energía a temperaturas algo más cálidas que los superconductores convencionales de baja temperatura LTS. Aunque los científicos entienden la física de LTS, aún no lo han hecho.se rompió la tuerca de los materiales HTS. Exactamente cómo viajan los electrones a través de estos materiales sigue siendo el mayor misterio en el campo.
Para su investigación sobre un cuprato específico, óxido de cobre de estroncio y lantano LSCO, un equipo dirigido por el físico de MagLab Arkady Shekhter se centró en su estado metálico normal, el estado del cual la superconductividad eventualmente emerge cuando la temperatura baja lo suficiente.El estado normal de los cupratos se conoce como metal "extraño" o "malo", en parte porque los electrones no conducen la electricidad particularmente bien.
Los científicos han estudiado los metales convencionales durante más de un siglo y generalmente están de acuerdo en cómo viaja la electricidad a través de ellos. Ellos llaman a las unidades que llevan carga a través de esos metales "cuasipartículas", que son esencialmente electrones después de factorizar en su entorno. Estas cuasipartículas actúan casiindependientemente uno del otro, ya que llevan carga eléctrica a través de un conductor.
¿Pero el flujo de cuasipartículas también explica cómo viaja la corriente eléctrica en los cupratos? En la Instalación de campo pulsado del National MagLab en Los Alamos, Nuevo México, Shekhter y su equipo investigaron la pregunta. Pusieron LSCO en un campo magnético muy alto, aplicaron uncorriente a ella, luego midió la resistencia.
Los datos resultantes revelaron que la corriente no puede, de hecho, viajar a través de cuasipartículas convencionales, como lo hace en cobre o silicio dopado. Al parecer, el estado metálico normal del cuprato era cualquier cosa menos normal.
"Esta es una nueva forma en que los metales pueden conducir electricidad que no es un montón de cuasipartículas volando, que es el único lenguaje bien entendido y acordado hasta ahora", dijo Shekhter. "La mayoría de los metales funcionan así"
Si no es por cuasipartículas, ¿cómo se transporta exactamente la carga en la extraña fase metálica de LSCO? Los datos sugieren que los electrones pueden ser algún tipo de esfuerzo en equipo.
Los científicos han sabido por algún tiempo sobre un comportamiento intrigante de LSCO: en su estado de conducción normal, la resistividad cambia linealmente con la temperatura. En otras palabras, a medida que la temperatura aumenta, la resistencia de LSCO a la corriente eléctrica aumenta proporcionalmente, lo cual no es elcaso en metales convencionales.
Shekhter y sus colegas decidieron probar la resistividad de LSCO, pero usando el campo magnético como parámetro en lugar de temperatura. Pusieron el material en un imán muy poderoso y midieron la resistividad en campos de hasta 80 teslas. Un imán de resonancia magnética de un hospital, en comparación, genera un campo de aproximadamente 3 teslas. Descubrieron otro caso de resistividad lineal: a medida que aumentaba la intensidad del campo magnético, la resistividad de LSCO aumentaba proporcionalmente.
El hecho de que la resistividad lineal en el campo refleje con tanta elegancia la resistividad lineal en temperatura previamente conocida de LSCO es muy significativa, dijo Shekhter.
"Por lo general, cuando ves tales cosas, eso significa que es un principio muy simple detrás de esto", dijo.
El hallazgo sugiere que los electrones parecen cooperar a medida que se mueven a través del material. Los físicos han creído durante algún tiempo que los materiales HTS exhiben un "comportamiento de electrones correlacionado" en la fase superconductora, aunque todavía no se comprende el mecanismo preciso.
Esta nueva evidencia sugiere que el LSCO en su estado de conducción normal también puede transportar corriente usando algo más que cuasipartículas independientes, aunque tampoco es superconductividad. Lo que ese "algo" es, los científicos aún no están seguros. Encontrar la respuesta puederequieren una forma completamente nueva de ver el problema.
"Aquí tenemos una situación en la que ningún idioma existente puede ayudar", dijo Shekhter. "Necesitamos encontrar un nuevo idioma para pensar sobre estos materiales".
La nueva investigación plantea muchas preguntas y algunas ideas tentadoras, incluidas ideas sobre la forma fundamentalmente diferente en que la resistividad podría ajustarse en cupratos. En metales convencionales, explicó Shekhter, la resistividad puede ajustarse de múltiples maneras: imagine un conjunto dediales, cualquiera de los cuales podría ajustar esa propiedad.
Pero en cupratos, Shekhter dijo: "Solo hay un dial para ajustar la resistividad. Y tanto la temperatura como el campo magnético, a su manera, acceden a ese dial".
Extraño, de hecho. Pero de metales extraños, uno no esperaría nada menos.
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Materiales proporcionados por Universidad Estatal de Florida . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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